[发明专利]一种射流膜－生物反应器的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型处理水和废水的一体式膜-生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)曝气混合方法及装置，具体地说涉及一种MBR的射流混合曝气方法及实现该方法的装置。

背景技术

水资源短缺问题已成为阻碍社会经济可持续发展以及影响社会生活稳定的重要制约因素。我国人均水资源量只相当世界人均水资源占有量的1/4，居世界第110位，而且时空分布很不均匀。据报道我国的668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水的城市超过100个。尤其近年来，随着社会经济的快速发展，工农业用水需求量迅速增长，水资源浪费以及水资源污染问题日趋严重，使我国水资源短缺问题更加突出。

MBR具有出水水质良好，出水可直接回用，设备占地面积小、剩余污泥产量低和便于自动控制等优点，它的应用与推广是解决我国水资源短缺问题的有效手段。但MBR运行过程中产生的膜污染会造成膜通量降低或膜过滤阻力上升，直接影响系统的产水率并增大运行能耗；同时膜污染程度还决定了膜的稳定运行时间，影响膜清洗等运行费用。可见膜污染是影响膜技术推广应用的最为关键因素之一，因此研究控制膜污染的策略和技术就显得尤为重要。

由于MBR采用微滤或超滤膜组件取代二沉池，可使生物反应器内获得比普通的活性污泥法高很多的污泥浓度，极大的提高废水处理能力，且经膜分离之后可得到更高质量的出水。而高污泥浓度要求反应器内有足够的溶解氧来保持污泥的好氧状态和污泥活性，这就需要提高曝气量或提高氧利用率。显然提高曝气量是以更大的能耗为代价的，因此提高氧利用率成为更可行的方法。

目前实现MBR供氧和反应器内全混流状态主要采用鼓风机曝气的方式，这种曝气方法具有较高的能耗，原因一是由于空气密度远低于污泥混合液的密度，鼓风曝气通过气泡来实现反应器内污泥混合液的完全混合需要较大的能耗；二是鼓风曝气氧传质效率低，为了满足MBR内高浓度活性污泥的需要，需要加大曝气而导致能耗较高。另外，鼓风机运行过程中会产生很大的噪声，影响操作工人的健康和周边环境。所以优化MBR技术需对鼓风曝气的方式进行改进。

为了解决以上问题，国内外研究者先后作了大量研究并取得了一定进展，但这些手段都存在一定的不足之处，在实际应用中真正有效的仍是较少。因此，针对这些问题开发相应的技术将对MBR的推广应用具有重要意义。

射流器通过高速水射流对空气的卷吸作用而引入空气，又通过紊动水流的质量交换和动量交换使空气掺混到水中，达到增加水中溶解氧含量的要求，充分满足池内微生物对氧的需求。同时可以加大反应器内泥水混合程度，显著增加膜表面错流速度，有利于在膜组件表面形成较好的紊动而大大延缓膜污染的形成。此外，采用射流器喷射出的气液混合流来实现反应器内全混流，相对于鼓风机曝气来实现此目的能耗大为降低。而且射流器还是一种低噪声设备，可以优化设备间的工作环境。

在98243066.3号中国专利中，发明人将射流器引入MBR，仅用其为外置式MBR的生物反应器进行曝气来提高氧利用率。谭泽等也提出对一体式MBR采用射流曝气，即用泵引出反应器内混合液，经外置式射流器形成气液混合流再进入反应器。由于射流器外置必须处于高位，所以运行能耗较大。另外，射流器放置在反应器外面，需要占据一定的空间，增大了占地面积。而在本发明中，申请人提出了将射流器内置于MBR反应器内，使其处于低位，所以可以降低能耗并节省空间；提出并实现了扩散布气板进行气水均匀分布，可以对膜面产生良好的错流冲刷；并且本发明采用高效的内循环设计，使得经射流器喷射出的气液混合流带动污泥混合液在反应器内循环流动，加速传质。因此本发明不仅可以有效地控制膜污染和提高氧利用率，而且还可以提高生化反应速率，使MBR运行更稳定，更高效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MBR射流混合曝气的方法，该方法采用内置式射流器，通过反应器内污泥混合液的射流对空气的卷吸作用而引入空气，通过紊动混合液流的质量交换和动量交换使空气掺混到水中，扩散布气板形成的气液混合流可有效对污泥混合液进行充氧，并带动其在反应器内循环流动。另外，本发明采用内循环设计，利用污泥混合液的内循环流动和射流器带来的湍动，在膜表面形成较大的剪切力，可有效地控制膜污染；并能提高传质和传氧速率，促进污染物降解。